Принципы составления схем автоматизации реферат

Обновлено: 05.07.2024

В соответствии с ГОСТ 2.103-85 предусматриваются четыре основные стадии разработки конструкторской документации: техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая документация.

Техническое предложение — это совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико- экономические обоснования (ТЭО) целесообразности разработки документации на основе анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений с учетом аппаратур­ных и эксплуатационных особенностей создаваемой и известных систем автоматизации, а также результатов патентного поиска. Техническое предложение после согласования и утверждения в установленном порядке является основанием для разработки эскизного и технического проектов.

Эскизный проект — это совокупность конструкторских доку­ментов, которые должны содержать принципиальные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы системы автоматизации, а также данные, определяющие назна­чение отдельных элементов разрабатываемой системы. Эскизный проект после согласования и утверждения является основанием для разработки технического проекта или рабочей документации.

Технический проект — совокупность конструкторских доку­ментов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве системы, и исходные данные для разработки рабочей документации. Техни­ческий проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки рабочей документации.

Рабочая документация включает корректировку конструктор­ских документов по результатам изготовления головного (конт­рольного) варианта проекта системы. Основные требования к изготовлению рабочих чертежей предусматривают оптимальное применение стандартных и покупных технических средств авто­матизации, а также серийных средств, освоенных производством и соответствующих современному уровню автоматизации; рацио­нально ограниченную номенклатуру марок и сортаментов мате­риалов, а также применение наиболее дешевых и наименее дефи­цитных материалов; необходимую степень взаимозаменяемости, наивыгоднейшие способы монтажа, наладки и ремонта техничес­ких средств автоматизации, а также их максимальное удобство при обслуживании и эксплуатации.

ГРАФИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Основным техническим документом, показывающим связи между инженерной системой (технологическим процессом) и средствами контроля и управления, является функциональная схема автоматизации, на которой с помощью условных изобра­жений схематически показывают технологическое оборудование, трубопроводы и средства автоматизации.

Технологическое оборудование и трубопроводы автоматизиру­емого объекта изображают на функциональной схеме упрощенно. Направление движения потоков в трубопроводах указывают стрел­ками. На линиях обрыва также ставят указывающие стрелки и дают необходимые пояснения, из какого аппарата и к какому направляется данный поток.

Условные обозначения средств автоматизации на функцио­нальных схемах элементов измерительной цепи, регуляторов и станций управления, а также исполнительных механизмов приве­дены в табл. 4.1. В верхнюю половину окружности, обозначающей элемент измерительной цепи или регулятор, сначала записывают


обозначения измеряемых или регулируемых параметров (табл. 4.2) и, если это необходимо, их уточнение (табл. 4.3), а затем — обо­значения основных функций, выполняемых этим устройством (табл. 4.4). В табл. 4.5 приведены некоторые дополнительные обо­значения, применяемые для конкретизации основных обозначений, входящих в табл. 4.4. Эти обозначения приводят на функциональ­ной схеме справа от обозначения устройства.

Рассмотрим несколько примеров использования условных обозначений. На рис. 4.1, а изображен датчик (Е) температуры (Т). Это может быть, например, термопара, термометр сопротивления,



термобаллон манометрического термометра и т. п. На рис. 4.1, б показан установленный на щите прибор для измерения темпера­туры (Т), показывающий (I) и регистрирующий(R). На рис. 4.1,впоказан такой же прибор с встроенным в него регулятором (С) и укомплектованный панелью дистанционного управления(НС)

На рис. 4.2,а показан датчик (Е) расхода (F), например диафрагма расходомера переменного перепада давлений или бак расходомера переменного уровня. На рис. 4.2, б —промежуточ­ный преобразователь (Т) расходомера(F). Это может быть дифманометр, преобразующий перепад давления на диафрагме (в первом случае) или давление столба жидкости в баке (во втором) в пневматический или электрический промежуточный сигнал. Однако это может быть и ротаметр с дистанционной передачей, у которого промежуточный преобразователь смонтирован в одном корпусе с датчиком (поплавком). На рис. 4.2,в изображен прибор, показывающий (I) и регистрирующий (R) величину расхода (F), со встроенной станцией управления(К). Вместе с прибором на щите установлен регулятор расхода (FC).

Обычно все устройства, относящиеся к одной измерительной или регулирующей цепи, обозначают индексом с одинаковой цифрой, но разными буквами. Эти обозначения располагают в нижней половине окружности, изображающей устройство, или около исполнительного механизма. В случаях когда несколько элементов выпускают в виде одного устройства (например, мем­бранный исполнительный механизм с регулирующим клапаном), им присваивают одно общее обозначение.

На рис. 4.3 приведен пример функциональной схемы автома­тизации нагрева паром воды в парожидкостном теплообменнике. Как видно из приведенной схемы, она содержит один контур ре­гулирования — температуры воды(5а—5е). Остальные устройства


предназначены для измерения расхода пара (1а— 1в), расхода роды (4а—4б), температуры воды и пара на входе в теплообменник(За-Зв).Кроме того, предусмотрена сигнализация при падении давления пара (2).

Расположение элементов автоматизации на функциональной схеме определяется их значением. Условные обозначения датчиков, промежуточных преобразователей, объединенных с датчиками в одно устройство, и исполнительных механизмов, т. е. всех элемен­тов АР, механически связанных с технологическими аппаратами и трубопроводами, помещают рядом с изображением соответству­ющего оборудования(1а, За, 36, 4а, 5а, 5е). Более того, условные обозначения датчиков и промежуточных преобразователей расхо­домеров, через которые проходят технологические потоки, разме­щают прямо на изображениях трубопроводов, в которых измеря­ются расходы(1а и 4а). Всю остальную аппаратуру автоматизации: преобразователи, измерительные приборы, регуляторы и органы управления — выносят в нижнюю часть схемы. При этом вдоль листа вычерчивают прямоугольники, условно изображающие щиты и пульты. В этих прямоугольниках группируют аппаратуру по принципу общности расположения. Например, все преобра­зователи и приборы, расположенные рядом с местом измерения, т. е. смонтированные не на оборудовании, а на стенах здания, колоннах, на полу и т. п., располагают в одном прямоугольнике (16, 2).В другом прямоугольнике расположены условные обозна­чения аппаратуры автоматизации, размещенной на щите управ­ления процессом(1в, Зв, 46, 56, 5в, 5г, 5д).

Поскольку функциональная схема автоматизации предназна­чена для отражения только структуры системы управления, в ней не расшифровываются технические средства, использованные в конкретной схеме. Поэтому, например, в АСР температуры воды датчиком температуры (5а) может быть термопара или термометр сопротивления. Тогда следующим преобразователем(5б) в пер­вом случае будет нормирующий преобразователь ЭДС в ток (типа НП-TJI-IM), а во втором — электрического сопротивления в ток (типа НП-СЛ-1М). Нельзя определить по функциональной схеме также систему дистанционной передачи сигналов. Например, если для измерения расхода воды использовали ротаметр(4а) с элект­рической дистанционной передачей (типа РЭД), то измерительным прибором(4б) будет прибор для измерения напряжения перемен­ного тока (типа КСД); с ротаметром, имеющим пневматическую дистанционную передачу (типа РПД), используют прибор для из­мерения давления сжатого воздуха (типа ПВ). То же относится к средствам регулирования, сигнализации и т. п.

Расшифровка элементов автоматизации, изображенной на функциональной схеме, имеется в спецификации, которая состав­ляется для заказа этой аппаратуры на заводах-изготовителях. В этой спецификации по каждой позиции указываются тип уст­ройства, его модификация, пределы измерения, требуемое коли­чество и другие необходимые сведения.

Состав схем автоматизации процессов. Правила выполнения схем. Принципы построения условных обозначений элементов автоматики. ГОСТ на буквенные и графические обозначения приборов и их функциональных признаков.

Общие положения

Автоматизацию технологического процесса следует внедрять поэтапно, начиная с разработки схем автоматизации процессов.

Автоматический контроль и управление технологическими процессами должны улучшать их технико-экономические показатели. Эффективность автоматизации в каждом отдельном случае определяется конкретно расчетами с учетом индивидуальных особенностей автоматизируемого процесса, но существует ряд общих требований, которым должна удовлетворять любая система автоматизации и которые следует учитывать при разработке схем автоматизации. К этим требованиям следует отнести:

максимальная простота, т.е. минимальное в пределах технической и экономической целесообразности количество функций, выполняемых системой, и минимальное количество машин, приборов, устройств и соединительных проводов, входящих в систему;

гибкость, т.е. простой и быстрый переход от автоматического управления к ручному и наоборот, возможность управления из нескольких мест;

четкость действия, как при нормальных, так и аварийных режимах, любое повреждение в системе не должно сопровождаться дальнейшим развитием аварии;

использование типовых средств сбора, передачи и переработки информации, типовых регуляторов, выпускаемых в достаточно широком ассортименте приборостроительной промышленностью.

Кроме того, исходя из требований работоспособности и качества регулирования, автоматические системы регулирования , входящие в схемы автоматизации, должны:

обладать устойчивостью, т.е. способностью возвращаться в положение равновесия после прекращения действия причин, выведших систему из этого состояния;

иметь ошибки воспроизведения управляющих воздействий или отклонение регулируемых величин из-за действия возмущений не больше допустимых значений;

не иметь большую ошибку по регулируемой величине, когда это связано требованиями технологического процесса;

иметь оптимальный переходный процесс в течение времени регулирования;

обладать наибольшим отклонением регулируемой величины от заданной в ходе процесса не более некоторой допустимой, зависящей от технологических особенностей процесса.

Если переходный процесс в системе имеет колебательный характер, то могут предъявляться требования по ограничению амплитуды или частоты колебаний.

Схемы автоматизации технологических процессов являются основными техническими документами, определяющими структуру и объем автоматизации промышленных объектов и являющимися исходными данными для проектирования систем управления.

.Схемы автоматизации включают технологическую схему, содержащую основные технологические аппараты и машины, изображенную в упрощенном варианте и расположенную в верхней части листа, и средства автоматизации, входящие в состав систем контроля, регулирования, которые обозначаются с помощью условных графических обозначений и линий связи.

Проектируемые схемы автоматизации должны учитывать требования технологии и ее особенности, поэтому в разработке их обязательно должны принимать участие технологи-обогатители. Это подчеркивает важность данного раздела для студентов-обогатителей.

Правила выполнения и чтение схем автоматизации

При автоматизации технологических процессов используется большая группа приборов и средств автоматизации, с помощью которых осуществляют измерение, регулирование, управление и сигнализацию. При разработке схем автоматизации целесообразно обозначать элементы автоматики символически.

Ранее для изображения схем автоматизации технологических процессов (их называли функциональными схемами автоматизации) использовали ОСТ 36-27-77. В настоящее время применяют обозначения, установленные ГОСТ 21.404- 85 "Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах", основные обозначения приведены в табл. 9.1.

Для всех постоянно подключенных приборов отборное устройство изображают сплошной тонкой линией, соединяющей технологический трубопровод или аппарат с прибором (рис. 9.1, а). Когда требуется указать конкретное место расположения отборного устройства (внутри контура технологического аппарата), его обозначают кружком диаметром 2 мм (рис. 9.1, б).

Часто возникает необходимость на схемах автоматизации вводить условные графические обозначения электроаппаратуры (сигнальные лампы, звонки, сирены, гудки, электродвигатели и т.д.), которые должны соответствовать стандартам ЕСКД.

Для полного обозначения прибора или средства автоматизации на схемах в его условное графическое обозначение в виде круга или овала вписывают условное буквенное обозначение, определяющее назначение, выполняемые функции и особенности работы средств автоматизации.


Функции, выполняемые прибором, обозначают с помощью букв (табл .9.2).

В стандарте предусмотрены дополнительные буквенные обозначения, применяемые для указания функциональных дополнительных признаков приборов, преобразователей и вычислительных устройств (табл. 9.3).

Табл. 9.1 Условные графические обозначения приборов и средств автоматизации

Функциональная схема автоматизации – основная схема проекта и показывает функционально-блочную структуру управления, а также степень оснащения объекта управления устройствами контроля и управления.

В соответствии с поставленными задачами разработаны контуры:

- автоматического контроля температуры в зажигательном горне;

- автоматического регулирования температуры в зажигательном горне;

- автоматического контроля температуры в коллекторе спекания;

- автоматического контроля температуры в коллекторе охлаждения;

- автоматического контроля температуры природного газа на аглокорпус;

- автоматического контроля температуры в вакуумкамерах №16-21, 31;

- автоматического контроля и регулирования законченности процесса спекания;

- автоматического контроля температуры отходящих газов перед эксгаустером;

- автоматического контроля температуры отходящих газов перед скрубберами;

- автоматического контроля разрежения перед эксгаустером;

- автоматического контроля разрежения в коллекторе спекания;

- автоматического контроля разрежения в коллекторе охлаждения;

- автоматического контроля разрежения в вакуумкамерах №1-17;

- автоматического контроля давления природного газа в горн;

- автоматического контроля давления воздуха в горн;

- автоматического контроля расхода природного газа в горн;

- автоматического контроля расхода природного газа на аглокорпус;

- автоматического контроля расхода воздуха в горн;

- автоматического контроля уровня шихты в промбункере;

- автоматического контроля скорости аглоленты;

- аварийной сигнализации агломашины.

Рассмотрим более подробно разработанные контуры.

Контур автоматического контроля температуры в зажигательном горне: измерение температуры осуществляется первичным пирометрическим преобразователем ППТ121-01 (поз.1-1), с которого сигнал поступает на вторичный измерительный преобразователь ПВ-0 (поз.1-2), который выдает стандартный сигнал 0-5 мА на вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз.1-3) и на микроконтроллер Symatic S7-300. С микроконтроллера сигнал поступает в ЭВМ.

Контур автоматического контроля температуры в коллекторе спекания: сигнал с термоэлектрического преобразователя ТХК-1087 (поз.4-1) поступает на вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз.4-2), на микроконтроллер и на ЭВМ.

Расположение приборов в контурах автоматического контроля температуры в коллекторе охлаждения, температуры природного газа на аглокорпус, температуры в вакуумкамерах №16-21, 31, температуры отходящих газов перед эксгаустером и перед скрубберами аналогично контуру контроля температуры в коллекторе спекания.

Контур автоматического контроля давления природного газа и воздуха в горн: состоит из датчика-реле напора ДН-40 (поз.22-1, 23-1), преобразователь МЕТРАН-45 (поз.22-2, 23-2) и вторичного регистрирующего прибора Диск-250 (поз.22-3, 23-3). Кроме того сигнал поступает на микроконтроллер и на ЭВМ. Здесь работает аварийная сигнализация: при ослаблении давления газа срабатывает звуковая или световая сигнализация, а затем останавливается работа машины.

Контур автоматического контроля уровня шихты в промбункере: состоит из датчика уровня (поз. 27-1), сигнал с которого поступает на измерительный преобразователь ЭП-8007 (поз.27-2), а затем на вторичный регистрирующий прибор Диск-250-1121 (поз. 27-3), выходной сигнал поступает на микроконтролер Symatic S7-300 и на ЭВМ.

Аварийная сигнализация агломашины осуществляется следующим образом: при падении разрежения в коллекторе спекания или давления природного газа, воздуха при подаче в горн ниже допустимого, происходит звуковая сигнализация при переключении кнопочно переключателя КЕ-011 на звонок МЗ-1, либо световая сигнализация, при переключении на световое табло ТСМ.

Далее приводятся основные параметры выбранных модулей микроконтроллера Simatic S7-300.

Блок питания PS 307 1В сконструирован для подключения к линейному напряжению 120/230 В переменного тока и снабжает вторичную сторону напряжением 5 В постоянного тока 4 А и 24 В постоянного тока 0,5 А.

- номинальное значение ~120/230 В;

- допустимые диапазоны от 85 до 132 В от 170 до 264 В.

частота питающей сети:

- номинальное значение 50/60 Гц;

- допустимый диапазон от 47 до 63 Гц.

- при 120 В перем. тока 0,55 А;

- при 230 В перем. тока 0,31 А.

- номинальное значение 5,1 В / 24 В;

- допустимые диапазоны 5 В: +2% / -0,5%; 24 В: ±5%;

Выходные токи 5 В: 4 А; 24 В: 0,5 А.

Блок питания PS 307 1Е сконструирован для подключения к линейному напряжению 120/230 В переменного тока и снабжает вторичную сторону напряжением 5 В постоянного тока 10 А и 24 В постоянного тока 1 А.

- номинальное значение ~120/230 В;

- допустимые диапазоны от 85 до 132 В от 170 до 264 В.

частота питающей сети:

- номинальное значение 50/60 Гц;

- допустимый диапазон от 47 до 63 Гц.

Номинальный входной ток:

- при 120 В 1,14 А;

- при 230 В 0,57 А.

- номинальное значение 5,1 В / 24 В;

- допустимые диапазоны 5 В: +2% / -0,5%; 24 В: ±5%;

Выходные токи 5 В: 10 А; 24 В: 1,0 А.

Таблица 5.2 – Технические характеристики CPU 315-2DP

Таблица 5.3 – Технические характеристики интерфейсных модулей IM 153-1

Повторитель RS 485 усиливает сигналы данных на линиях шины и связывает шинные сегменты между собой.

Таблица 5.4 – Технические данные повторителя R 485

от 18 пост.тока до 30 пост.тока

Потребление тока при номинальном напряжении:

- без нагрузки в разъеме PG/OP

- нагрузка в разъеме PG/OP (5В/90мА)

- нагрузка в разъеме PG/OP (24В/100мА)

Таблица 5.5 – Технические данные памяти

Таблица 5.6 – Модуль ввода дискретных сигналов SM 321 (16 входов)

от 15 до 72 VDC

от –15 до –72 VDC

от 15 до 60 VAC

Таблица 5.7 – Модуль ввода аналоговых сигналов SM 331 (8 входов)

± 80 мВ,± 250 мВ,± 500 мВ,

± 1 В, ± 2,5 В, ± 5 В, ± 10 В,

от 0 до 20 мА, от 4 до 20 мА,

Модуль аналогового вывода SM 332:

- разрешающая способность 13 бит;

- выходные диапазоны для напряжения;

- выходные диапазоны для тока;

- напряжение питания: 24 В пост.тока.

Таблица 5.8 – Модуль аналогового вывода SM 332

Модуль с релейным выходом SM 332:

- номинальное выходное напряжение: до 230 В перем.тока / 125 В пост. тока

Таблица 5.9 – Модуль аналогового вывода SM 332

Номинальное напряжение на L+

от 5 до 264 В перем. тока

от 5 до 125 В пост.тока

Суммарный ток выходов (на группу)

Без вент. / с вентил.

Допустимая разность потенциалов

на стороне процесса/стороне управления

500 В перем.тока

В качестве ЭВМ выбран Pentium III-650, 17’’ SVGA, 128 Mb, который прошел промышленное испытание. Для вывода на печать данных выбран широкоформатный принтер Epson FX-1880.

6 СПЕЦИАльная часть диплома

Раздел: Технология
Количество знаков с пробелами: 99103
Количество таблиц: 13
Количество изображений: 6

Схемы автоматизации являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащения объекта управления приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами телемеханики и вычислительной техники).

При разработке схем автоматизации (ранее применялось название и сейчас оно используется достаточно широко - функциональные схемы автоматизации) необходимо решить следующие задачи:

– получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

– непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

– стабилизация технологических параметров процесса;

– контроль и сигнализация (если это необходимо) технологических параметров процесса и состояния технологического оборудования.


Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные и вспомогательные устройства.

Результатом составления схем автоматизации являются:

1) выбор методов измерения технологических параметров;

2) выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

3) определение приводов исполнительных механизмов регулирующих, либо запорных органов технологического оборудования;

4) размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т. п. и определение способов представления информации о состоянии технологического оборудования.

Приборы, средства автоматизации, электрические устройства и элементы вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показываются в соответствии с ГОСТ 21.404-85 и отраслевыми нормативными документами.

При отсутствии в стандартах необходимых изображений разрешается применять нестандартные изображения, которые следует выполнять на основании характерных признаков изображаемых устройств.

Схемы автоматизации могут быть выполнены двумя способами:

1) развернуто с изображением МПК, щитов, пультов управления, при помощи условных прямоугольников (как правило, в нижней части чертежа), в пределах которого показываются устанавливаемые на них средства автоматизации;

2) упрощенно с изображением средств автоматизации на технологических схемах вблизи отборных и приемных устройств без построения прямоугольников, условно изображающих щиты, пульты и т.д.

Преимуществом первого способа является большая наглядность, в значительной степени облегчающая чтение схемы. Приборы, встраиваемые в
технологические коммуникации, показывают в разрыве линии изображения трубопроводов; приборы, устанавливаемые на технологическом оборудовании показывают рядом. Остальные технические средства показывают условными графическими обозначениями в прямоугольниках в нижней части схемы.
Прямоугольники, изображающие МПК, щиты, пульты располагают в такой
последовательности, чтобы обеспечивалась простота и ясность схемы и минимум пересечений линий связи. В каждом прямоугольнике с левой стороны дается его наименование (заголовок).

При втором способе достигается сокращение объема документации. При этом способе позиционные обозначения элементов схем в каждом контуре регулирования выполняются арабскими цифрами, а исполнительные механизмы обозначения не имеют.

Читайте также: